Spritzgießen mit 3D - gedruckten Werkzeugeinsätzen

Transkript

1 Spritzgießen mit 3D - gedruckten Werkzeugeinsätzen

2 Warum? Schnellster Weg zu einem Werkzeugeinsatz Geringste Zeit zu einem Produkt mit seriennahen Eigenschaften Fertigungszeit für einen Einsatz Reinigung / Nacharbeiten Start Spritzgießen ca. 3 h ca. 1 h nach ca. 4 h Gleichzeitiger Druck von 3 Einsätzen zusätzlicher Zeitaufwand 0,5 h

3 und warum nicht direkt drucken? Freie Auswahl des Materials, auch verstärkte Kunststoffe können verarbeitet werden. Die makromolekularen Strukturen bilden sich wie in einem spritzgegossenen Formteil. Fertigung von sehr seriennahen Handmustern, Versuchsteilen und Vorserien

4 Man braucht (neben dem Drucker): Eine Spritzgießmaschine Einen Werkzeugträger, der den gedruckten Einsatz - fixiert, - zentriert - stützt - vor der thermischen Belastung durch die Maschinendüse schützt - bei Bedarf eine automatische Entformung ermöglicht.

5 Fixierung Werkzeugeinsatz (Beispiel) Je flacher der Einsatz, desto kürzer die Druckzeit. Zentrierung Angusskanal Auswerfer- Bohrung (zentral)

6 Im Vergleich zu Stahl-Werkzeugen: reduzierte Schließkraft. Um sicherzustellen, dass der Einsatz präzise schließt, sollte er geringfügig aus dem Trägerwerkzeug vorstehen. Gedruckte Einsätze sind weicher als Stahl-Werkzeuge. Schon bei geringer Schließkraft verformen sie sich so, dass Luft nicht über die Trennebene entweichen kann. Reduzierte Schließkraft und Entlüftungskanäle vorsehen.

7 Entlüftung an den Fließweg Enden hand made

8 Die Kühlphase Temperaturverlauf in einem Stahl-Werkzeug Temperaturverlauf in einem gedruckten Werkzeugeinsatz ϑ ϑ s Guter Wärmeabfluss in das Stahl-Werkzeug Wassertemperierung s Gute Isolation, die Wärme bleibt an der Oberfläche Oberflächenkühlung

9 Vorteil: Durch den schlechten Wärmeabtransport fließt die Schmelze besser. Während des Einspritzens steigt der Spritzdruck nicht so stark wie in einem Stahl-Werkzeug. ϑ s Der Querschnitt der heißen Seele verringert sich langsamer. Geringere Friktion in der Schmelze

10 Die Kühlphase Eine Wasser-Temperierung, wie in Stahl-Werkzeugen üblich, ist nicht sinnvoll. Der Abstand zwischen Kavitätsoberfläche und den Kühlkanälen wäre zu groß. Die heiße Werkzeugoberfläche wird nach der Entformung mit Druckluft gekühlt. Beispiel: Gedruckte Blasdüse, die den Luftstrom auf die Kavitätenoberfläche leitet.

11 Die Kühlphase für den Werkzeugeinsatz erfolgt nach der Entformung und vor dem erneuten Zyklus Start. Werkzeugeinsatz Kühlung (länger) Formteilkühlung (kürzer)

12 Lebensdauer der Einsätze / Verschleiß Einflussgrößen : Temperatur / Wärmemenge Friktion / Abrasion - Auswaschen der Oberfläche Druck - Deformation / Risse Adhäsion und andere Haftmechanismen - Ausbrüche

13 Typischer Verschleiß: Auswaschen des Anschnittes (hier unsymmetrisch) Große Wärmemenge Wenig Formeinsatzvolumen Starke Umströmung Starke Auswaschungen Viel Volumen heiße Schmelze Wenig Volumen Formeinsatz Anschnitt neu Anschnitt ausgewaschen

14 Alternative zur Verschleißminderung Größerer, länglicher Anschnitt Kein starkes Wärmenest Mehr Formteile / Einsatz Aber : Für das Kunststoffteil ungünstige Anbindung. Schwachstelle bei hoch belasteten Teilen.

15 Dreidimensionale Trennebene Wandstärkenunterschiede Hohe Verarbeitungstemperatur Düsenseite Auswerferseite

16 Entlüftung an den Fliessweg - Enden Wärmenester - Auswaschungen

17 Hohe Verarbeitungstemperatur - PA % Gf Ausbrüche an der Kavitätenoberfläche Abkühlphase Formeinsatz verlängern Kühlphase Formteil minimieren Wandstärke verringern (wenn zulässig) Trennmittel einsetzen insbesondere bei den ersten Zyklen Mangelnde Entlüftung

18 Herstellung von Kleinserien in gedruckten Werkzeugeinsätzen. Warum nicht mehrere Kavitäten? Kein Mehraufwand beim Drucken Mehr Teile pro Formeinsatz wirtschaftlicher Zeitgewinn

19 Das kastenförmige Teil führt zwangsläufig zu einem Wärmenest an den Formkernen. Abkühlphase verlängern und Trennmittel verwenden alt neu

20 Interessant - aber logisch : Verschleiß tritt hier nahezu nur auf der Kernseite auf.

21 Werkzeug mit Schiebern. Starke thermische Belastung der Schieber Zylindrischer Schieber: Klemmung durch Schwindung

22 Durch den Einsatz von angepassten Auswerferstiften wurde der Ausfall durch abgerissene Schieberstifte vermieden. Vollautomatischer Betrieb ist so nicht mehr möglich, aber die erreichbare Stückzahl / Werkzeug stieg.

23 Angussgestaltung Stangenabgüsse sollen nicht auf dünnwandige Flächen gesetzt werden (starke Auswaschungen an der gegenüber liegenden Seite). Selbsttrennende Tunnelanschnitte sind nicht sinnvoll (zu schneller Verschleiß). Der Anguss kann oft zur Entformung der Teile genutzt werden. Um Teile und Anguss automatisch zu entformen sind Entformungsschrägen nötig. Ein zentraler Auswerfer zur Entformung des Angusses braucht einen deutlichen Hinterschnitt zur sicheren Funktion. Bei den ersten Zyklen sollte viel Trennmittel eingesetzt werden. Die Menge kann mit der Laufdauer des Werkzeugs reduziert werden.

24 Entformung der Teile - ist ein vollautomatischer Lauf geplant? Wenn möglich, sollte nur der zentrale Auswerfer genutzt werden. (zusätzliche Auswerfer erfordern immer Änderungen am Stammwerkzeug) Auswerferbohrungen in einem gedruckten Einsatz müssen immer mit einer Reibahle oder einem Bohrer nachgearbeitet werden. Der zentrale Auswerfer braucht einen stabilen Hinterschnitt um den Anguss zu entformen.

25 Füllvorgang Beginne mit unterfüllten Teilen und steigere das Volumen bis zu %. Wähle die Einspritzgeschwindigkeit für Anguss und Teil sehr niedrig (Vermeide hohe Friktion). Die Kavitäten können langsam gefüllt werden, da die Wärme nicht schnell abgeführt wird. Beobachte den Spritzdruck: er sollte nicht stark ansteigen. Einspritzvolumen max. Einspritzdruck Volumenstrom Druckbegrenzung

26 Nachdruckphase / Kühlzeit Nach dem Füllen der Kavitäten zu 90 95% wird in den Nachdruck geschaltet. Wähle einen Nachdruck von 40 80% des max. Einspritzdruckes. Die Nachdruckzeit soll so gewählt werden, dass sich die Schnecke nicht mehr vorwärts bewegt. Die Formteile sollen so heiß wie möglich entformt werden. Nach der Entformung muss die erhitzte Werkzeugoberfläche abgekühlt werden. (Dies kann mit Pressluft effektiv gelöst werden. Die Abkühlzeit sollte deutlich länger als die Kühlzeit im Werkzeug sein.) Nachdruckdauer Nachdruckprofil

27 Kunststoff - Verarbeitungstemperatur Es soll von der Temperatur, die für das Material spezifiziert ist, ausgegangen werden. Niedrige Temperaturen führen zu mehr Friktion im Werkzeug, erkennbar an einem höheren Spritzdruck. Dünnwandige Teile: Temperaturen ein wenig höher Dickwandige Teile: Temperaturen ein wenig niedriger

28 Vielen Dank für Ihr Interesse!